DE1658053A1 - Verfahren zur Reinigung von Abwaessern oder aehnlichen Medien und elektrolytische Zelle zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr.

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl^Phys. Dr. K. Fincke

DiPL,-ING. E A.WeICKMANN

8 MÜNCHEN 27, DEN

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

jomr brown limited-'

CJB House, Eastbourne Terrace, Paddington, London W. 2. England ·

"Verfahren zur Reinigung von Abwässern oder ähnlichen Medien

und elektrolytische Zelle zur Durchführung des ' Verfahrens .. . . - - - - .

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern öder ähnlichen Medien und eine elektrolytische Zelle zur Durchführung des Verfahrens.

Abwässer können auf verschiedenen Wegen, unter anderem auf elektrolytischem Weg gereinigt werden. Beispielsweise kann eine Mischung von Abwasser und einem geeigneten Elektrolyten unter Bildung eines aktiven Desinfektionsmittela im Abwasser elektrolysiert werden; es kann auch ein geeigneter Elektrolyt elektrolysiert werden, wobei ein aktives Desinfektionsmittel entsteht, das anschließend dem zu reinigenden Abwasser beigegeben wird.

Es hat eich herausgestellt_r daß bei derartigen elektroIytischett

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Verfahren dann bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn man elektrolytische Zellen verwendet, in welchen plattenförmig© Elektroden in vertikaler Anordnung vorliegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Abwässern durch Elektrolyse einer Mischung von Abwasser und Halogenidionen enthaltendem Elektrolyten oder eines Halogenidionen enthaltenden Elektrolyten, welcher anschließend dem Abwasser bei-φ gegeben wird, ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer elektrolytischen Zelle, in welcher mindestens eine plattenförmige

in Anode und mindestens eine plattenförmige Kathode einer im wesentlichen vertikalen Anordnung vorgesehen sind, wobei die Elektrodenmaterialien derart ausgewählt sind, daß bei der Elektrolyse eine für das Abwasser geeignete Desinfektionssubstanz entsteht.

Als Halogenidionen enthaltender Elektrolyt wird Meerwasser oder ein ähnlicher Magnesium- und Chloridionen enthaltender Elektrolyt bevorzugt.

Die Anode kann beispielsweise aus Platin, Titan oder Graphit mit einem galvanischen Überzug aus Bleidioxid, oder Magnetit' gebildet sein; bevorzugt wird platiniertes Titan. Die Kathode kann z.B. aus Nickel oder einer Eisenlegierung beetehen; bevorzugt wird jedoch eine Kathode aus Flußstahl*

Die Elektrodenmaterialien müssen jedoch derart ausgewählt sein, daß durch die Elektrolyse ein Abwasserdesinfektionsmittel ge-

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bildet wird. Außer den erwähnten Elektrodenmaterialien gibt es noch andere, von welchen die Fachwelt weiß, daß sie für den angegebenen Zweck verwendbar sind.

Durch die Verwendung eines Halogenidionen. enthaltenden Elektrolyten ist es möglich Halogenidionen, wie z.B. Chloridionen an der Anode auaitladen, so daß elementares Halogen, beispiels-' weise Chlor entsteht. Gleichzeitig kann elementarer Sauerstoff gebildet werden, was vom Elektrodenmaterial und der Konzentration ^ verschiedener vorhandener Ionen abhängt.

Die Vernichtung von Geruchstoffen der Art, wie sie im normalen Abwasser vorliegen durch Halogen oder Sauerstoff oder durch beide geht sehr rasch. Das gebildete elementare Halogen und jedes ebenfalls anwesende Hypohalogenit reagieren überdies mit

Ammoniak oder Aminverbindungen der im Abwasser befindlichen organischen Substanzen, wobei desinfizierende Halogenaminverbindungen, wie z.B. Chloramin entstehen. Diese Verbindungen sind wirksame Desinfektionsmittel mit lange dauernder Zersetzung; ' dies bedeutet, daß sie ins Innere der Abwasserfeststoffe eindringen können und dort längere Zeit aktiv bleiben. Anorganisches Halogen dagegen würde sich rasch zersetzen und als Desinfektionsmittel weitgehend unwirksam sein.

An der Kathode wird Wasserstoff frei und in Kathodennähe wird der Elektrolyt alkalisch. Bei Verwendung von Meerwasser können sich an der Kathode unlösliche Hydroxide beispielsweise von

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Magnesium niederschlagen. Diese Hydroxide sind wirksame Flockungsmittel für die im Abwasser in Suspension befind- , liehen feststoffe. Während'der äachfolgenden Bearbeitung des behandelten Abwassers bewirken die Kathodenniederschläge ein schnelles Ausfallen und Koagulieren des Schlamms, was sehr vorteilhaft ist· Der aus dem Zellenabfluß gewonnene Schlamm ist mit bestimmten Elementen, wie z.B. phosphorhaltigem Magnesium und Stickstoff angereichert^mit Stoffen, welche den Schlamm zu einem wirksamen Dünger machen und seine Trocknung und Bearbeitung: beschleunigen und erleichtern·

Bei Verwendung einer platinierten Sitananode und bei Verwendung eines Elektrolyten, welcher die Bildung τοη Magnesiumhydroxid an der Kathode ermöglicht, ist es wünschenswert eine Anordnung vorzusehen, bei der eine fiydroxidbildung zwischen der Anode urd der Kathode und damit ein Angriff auf die Anode verhindert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man den Elektrolyten mit hoher Strömungsgeschwindigkeit (high flow rate) an den Elektroden vorbeiströmen läßt oder daß man ein nachfolgend noch zu beschreibendes Diaphragma verwendet. Auch soll bei Verwendung einer solchen Anode die Arbeitstemperatur nicht muter 1O⁰C liegen.

Die elektrolytische Zelle ist zweckmäßig länglich ausgebildet? sie kann aus einem thermoplastischen Material wie z.B. Polyvinylchlorid, harzverstärkter Glasfaser oder Metallguß, z.B. Aluminiumlegierungsschichten, (aluminium alloy coatings) beschichtet mit einem isolierenden Schutzmaterial wie Nylon, hergestellt sein*

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BAD ORIGfNAl.

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Die elektrolytisehe Zelle gemäß der Erfindung ist dadurch ge- ^v kennzeichnet, daß sie gebildet ist von einer'plattenförmigen Kathode aus einer Eisenlegierung oder Nickel, von einer plattenförmigen Anode aus Platin, platinierteia Titan, litan oder Graphit mit einem galvanischen überzag; aus Bleidioxid,oder aus Magnetit,von Abstandhaltern, welche unter Bildung eines Zwischenraumes Anode und Kathode parallel zueinander halten, von festen Stützplatten aus wasserfestem elektrischem Isoliermaterial, welche die Elektroden zwischen sich aufnehmen, von die Stützplatten g| zusammenhaltenden Verbindungselementen sowie von mit dem zwischen den Elektroden liegenden Baum kommunizierenden Ein- und Auslaßkanälen, durch welche Elektrolyt zu und abgeleitet wird·

Bei Gebrauch wird die erfindungsgemäße Zelle derart angeordnet, daß die Elektroden im wesentlichen vertikal sind» Die Stützplatten (backing plates) der Zelle sind zweckmäßig gebildet aus festen Sohichten (sheeting) von Polyvinylchlorid, harzverstärkter Glasfaser (resin-bouded glass fibre) oder aus mit Nylon beschichteten Aluminiumlegierungsgußstücken (aluminium alloy castings)

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Zelle eine erste und eine zweite Stützplatte aus einem wasserfesten elektrisch isolierenden Material, eine plattenförmige Plußstahlkathode, eine plattenförmige platinierte litananode, beide eingesetzt zwischen die Stützplatten, Kathode und Anode trennende Dichtungen aus wasserfestem elektrisch isolierendem

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Material, die der.Kathode gegenüberliegende Stützplatte und die Kathode selbst durchsetzende Ein- und Auslaßkanäle sowie isolierte, die Stützplatten verbindende Stäbe.

Zwischen den Elektroden kann eine Membran vorgesehen sein, welche den zwischen den Elektroden liegenden Raum in einen Anodenraum und einen Kathodenraum unterteilt. Die Membran kann z.B* gebildet sein aus Asbest, Kunststoffasermaterial wie Terylen oder aus Polyvinyiohloridfaserstoff.

Die erfindungsgemäße Zelle kann mit mehreren Anöden und Kathoden ausgerüstet sein.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung. Es stellen dar«

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen elektrolytischen Zelle

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Halterung für die erfindungsgemäße Zelle und

Fig. 4-8 . durch die Ein- und Auslaßrohre gehende

Querschnitte anderer Ausführungeformen der erfindungsgemäßen Zelle*

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Die in den Figuren 1,2 und 3 dargestellte elektrolytische Zelle umfaßt eine erste feste Stützplatte 1 aus Polyvinylchlorid und eine der ersten Platte im wesentlichen gleiche zweite Stützplatte Zwischen diesen beiden Stützplatten sind eine FlußBtahlkathode und eine platinierte iitananode 4- eingelegt« Anode und Kathode sind durch dichtende Abstandhalter 5 aus weich gemachtem Polyvinylchlorid voreinander getrennt. Einlaß- und Auslaßrohre 6 und 7 aus Flußstahl sind an die Kathode 3 angeschweißt und durchsetzen die erste Stützplatte 1„

Der an das Bohr 7 angrenzend liegend© Bereich der Kathode 3 ist mit Araldlt beschichtet, wodurch eine Beduktion von Halogen in dem aus der Zelle austretenden Elektrolyten vermieden wird. Elektrische Sammelsel3tii§n©n 8^:t5ad 9 sind vorgsaehe&f über sie wird der Anode- und der J£atho<le»Ste©ü "sagefffiarto Biese Art des Stromansehlußes verhindert eine Überhitzung und eine bessere Stromverteilung. Der Zellenaufbau ist durch Wendung von isolierten Yerbindungsstäben 11 und 12 wasserdicht.

Die folgenden Abmessungen der Zelle sind bevorzugt:

P.V.G» Stützplatten 2,54 cm dick

Elektrodenstärke 64x1O"³"

Dichtungssärke 0,3 cm (1/8th")

Platinierte Anodenfläche ca. 1690cm² (1,82 sq.ft.) Freie Kathodenfläche 1690 cm (1,82 sq.ft.)

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Gemäß Pig. 3 kann die.ganz allgemein mit 14 bezeichnete elektrolytisch^ Zelle in einer vertikalen Stellung gehalten werden,, durch eine geeignete Vorrichtung 15*

Die Fig. 4 zeigt eine elektrolytische Zelle mit einer Vielzahl von Kathoden 3 und einer Vielzahl von Anoden 4. Der Einlaß 16 für den Elektrolyten ist in der ersten Stützplatte 1, Auslaß 17 für den Elektrolyten in der zweiten Stützplatte 2 vorgesehen.

Die oben beschriebenen Zellen können verwendet werden für die Elektrolyse eines Gemisches von Abwasser und Halogen!dionen enthaltenden Elektrolyten, wie z.B. Meerwasser. Sie werden bevorzugt verwendet zur Bildung einer konzentrierten Halogenlösung wie z.B. Chlor aus Meerwasser/ welche anschließend dem Meerwasser beigegeben wird.

In der Pig. 5 ist eine elektrolytische Zelle dargestellt mit einer perforierten Kathode 3'r einem zusätzlichen dichtenden Abstandhalter 19 und einem Elektrolyteneinlaß 20 in der zweiten Stützplatte 2e Pur das Abwasser, bzw. für das Abwasser und den Elektrolyten, ist ein Einlaß 6' und ein Auslaß 7* vorgesehen. Einlaß 6· und Auslaß 7* sind fest vereinigt mit der ersten Stütz·*· platte 1. Eine Zelle dieser Art kann verwendet werden für die Behandlung von Abwasser, wobei das Abwasser in der Zelle gemischt ist mit dem Elektrolyten.
Ein Halogenidionen enthaltender Elektrolyt wie z.B. Meerwasser

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kann durch den Einlaß 20 in der zweiten Stützplatte 2 in die Zelle geleitet werden, während Abwasser durch den Einlaß 6· in der ersten Stützplatte 1 in die Zelle geleitet wird. Abwasser und Elektrolyt mischen sich in der Zelle und ein Gemisch von Abwasser und elektrolytisiertem Elektrolyten entweicht durch den Auslaß 7¹ in der ersten Stützplatte 1.

In der Fig. 6 erkennt man eine Zelle mit einer Membran 22, zwei dichtenden Abstandhaltern 5 und 19 sowie mit zwei Paaren von Ein- und Auslaßrohren 6· und 7·» wobei ein Paar dieser Rohre jeweils fest vereinigt ist mit einer der Stützplatten 1 und 2« In dieser Zelle kann der Halogenidionen enthaltende Elektrolyt auf jede Seite der Membran 22 geleitet werden. Verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten (flow-rates) können auf jeder Seite der Membran eingestellt werden; bevorzugt werden jedoch annähernd gleiche Strömungsgeschwindigkeiten auf beiden Seiten der Membran, weil dadurch der Druckabfall auf beiden Seiten annähernd gleich ist und ein Durchfluß durch die Membran selbst verhindert wird. Werden .unjgleiche Strömungsgeschwindigkeiten gewünscht, so kann zu ihrer Kompensation der Elektrodenmembran-Abstand in geeigneter Weise verändert werden. Eine solche Veränderung des Abstandes erhöht notwendigerweise den elektrischen Widerstand der Zelle und vermindert deren Wirksamkeit. Die Membran 22 unterstützt die Erzielung eines hohen pH-Wertes auf der Kathodenseite der Zelle; dies ist dann von Vorteil, wenn ein Kontakt zwischen Magnesiumhydroxid und der Anode verhindert werden soll.

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Die Fig. 7 zeigt .eine Zelle mit perforierten oder porösen Elektroden 3¹ und 4¹, welche durch Abstandhalter 5 und ein Einlaßrohr 23 voneinander getrennt sind. Das Einlaßrohr 23 wirkt dabei als Abstandhalter. Abstandhalter 24 trennen die Stützplatten I¹ und 2« von den Elektroden 3¹ und 4¹.

Erste und zweite Stützplatte 1' und 2' sind Je versehen mit einem Auslaßrohr 7'. Die Anordnung des Einlaßrohres 23 sowie der Auslaßrohre 7· ermöglicht die Einführung und Elektrolyse eines Elektrolyten und die Abführung von zwei Flüssigkeitsströmen aus der Zelle, von welchen jeder an einer eigenen Elektrode elektrolysiert worden ist. Auf diese Weise können die beiden Elektrolysenprodukte voneinander getrennt gehalten und getrennt verwendet werden. Die Verwendung von perforierten oder porösen Elektroden hat den Vorteil, daß sich dem Elektrolyten eine vergrößerte Oberfläche darbietet.

In der Fig. 8 erkennt man eine Zelle mit einer perforierten Flußstahlkathode 26 und einer platinierten Titananode 4, welche bei 33 und 34 den Zugang zu dem zwischen den Elektroden befindlichen Raum gestattende Durchbrechungen aufweist. Dieser Raum zwischen den Elektroden ist durch eine Asbestmembran 27 in einen Anodenraum und in einen Kathodenraum unterteilt. Die Membran 27, durch weich gemachte Polyvinylchlorid-Dichtungen in ihrer Lage gehalten, Dichtungen, welche gleichzeitig die Anode 4 und die Kathode 26 von der Membran fernhalten.

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Die Stützplatten 1 und 2 sind von glasverstärfctem Kunststoffmaterial gebildet. Die Stützplätte 1 weist bei 30 eine Ausnehmung auf, in welche die Kathode 26 eingelegt ist. Die Stützplatte 1 ist mit einem Einlaßrohr 28 und einem Auslaßrohr 29 ausgerüstet. Die Stützplatte 2 ist in ähnlicher Weise mit einem Einlaßrohr 31 und einem Auslaßrohr 32 versehen. Der Spalt zwischen der Kathode 26 und der Membran 2? sowie der Spalt zwischen der Anode 4 und der Membran 27 sind vorzugsweise etwa ο, 15 om breit (1/i6th^M)«> «Feöe der Elektroden weist vorzugsweise eine Oberfläche von etwa 4654^öffl■' (5 sq«£t«) auf.

Ein Halogenidionen enthaltender Elektrolyt wi© s_eB_o Meerwasser, kann entweder allein oder ala Mischung mit Abwasser durch die Bohre 31 und" 38 in die" Zelle geleitet ^rercteso Wenn als Elektrolyt Meerwasser verwendet wird, Übm& bilüen mleh während deff Eleletro-Iyse Chlor und Hypochlorit in dem Aneien^auia unü Magaeeiiaiahydroxid und Wasserstoff im Kathodenraum«

Die Zelle der Pig. 8 kann laoch dadurch verändert werden, daß man eine perforierte Anode verwendet, welche eine gleichmäßigere Behandlung der durch die Zelle geleitet«Flüssigkeit erleichtert.

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Claims (2)

Ansprüche

1. Verfahren zur Reinigung von Abwässern oder ähnlichen Medien, durch Elektrolyse einer "Mischung von Abwasser und Halogenidionen enthaltendem Elektrolyten oder, eines Halogenidionen enthaltenden Elektrolyten, welcher anschließend dem Abwasser beigegeben wird, wobei solche Elektrodenmaterialien ausgewählt werden, daß duzch die Elektrolyse desinfizierende Substanzen entstehen, gekennzeichnet durch die Verwendung einer elektrolytischen Zelle mit wenigstens einer plattenförmigen Anode (4} ,und wenigstens einer plattenförmigen Kathode (3), welche im wesentlichen in vertikaler Anordnung vorgesehen, sind. .

2. ElektroIytische Zelle zur Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie gebiifet ist von einer plattenförmigen Kathode (3) aus einer Eisenlegierung oder Nickel, von einer plattenförmigen Anode (4) aus Platin, platiniertem Titan, Titan oder Graphit mit einem galvanischen Überzug aus Bleidioxid,oder Magnetit,von Abstandhaitern_f(5) welche unter Bildung eines Zwischenraumes Anode (4) und Kathode (3j parallel zueinander halten, von festen Stützplatten ₌(1,2) aus wasserfestem elektrischem Isoliermaterial, welche die Elektroden (3,4) zwischen sich aufnehmen, von die Stützplatten (1,2) zusammenhaltenden Verbindungselementen (11,12$, sowie von mit dem zwischen den Elektroden liegenden Raum kommunizierenden Ein- und Auslaßkanälen (6,7), durch

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Elektrolyt zu-und abgeleitet wird..

3, Zelle mash, jetospruoh. 2₃ .ge&ea&seicihne-t- dmren- eiae' ©rate unä eine - zweite Stiltzpl&tt® (1!>2) aus einem

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